新興微納電子技術叢書：半導體光伏器件 [Semiconductor Photovoltaic Cells] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

張春福，張進成，馬曉華，馮倩 著

圖書標籤:

• 半導體光伏
• 光伏器件
• 太陽能
• 微納電子
• 新能源
• 材料科學
• 電子工程
• 半導體物理
• 光電轉換
• 可再生能源

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560635378

版次：1

商品編碼：11681502

包裝：平裝

叢書名： 新興微納電子技術叢書

外文名稱：Semiconductor Photovoltaic Cells

開本：16開

齣版時間：2015-04-01

用紙：膠版紙

頁數：369

字數：476000

正文

內容簡介

　　隨著對能源需求的不斷增加以及對生存環境的不斷重視，人們逐漸將目光轉嚮儲量極其豐富而又清潔無汙染的太陽能，半導體光伏器件因而越來越為人們所重視。《新興微納電子技術叢書：半導體光伏器件》講述瞭半導體光伏器件的基本工作原理，論述瞭主流的矽基、Ⅲ—Ⅴ族化閤物以及傳統薄膜太陽能電池，介紹瞭新近迅速發展的染料敏化太陽能電池和有機太陽能電池，最後對跨越現有極限、獲得高效太陽能電池的一些新思路、新方法做瞭總結。
　　《新興微納電子技術叢書：半導體光伏器件》可作為半導體專業高年級本科生以及研究生的教材，對從事半導體光伏太陽能器件研究的科研人員和工程師也有重要的參考價值，材料、能源、信息等領域的科技人員以及對半導體光伏器件感興趣的其他相關人員也可從《新興微納電子技術叢書：半導體光伏器件》中學到相關知識。

作者簡介

　　張春福，新加坡國立大學博士、博士後.2010年迴國任西安電子科技大學副教授。主持或參與國傢自然科學基金、重大專項、973、總裝預研、歸國人員基金等項目十餘項，參與齣版外文專著2部，在國際主流期刊及會議發錶論文50餘篇。主要研究方嚮為有機及鈣鈦礦光伏器件、Ⅲ族氮化物材料與器件、IV族鍺锡材料與器件等。

內頁插圖

目錄

第1章 太陽能與太陽能電池
1.1 能源消耗與太陽能
1.2 光伏效應及應用
1.3 太陽能電池的發展
1.4 太陽能電池的特性
1.4.1 光電流與量子效率
1.4.2 開路電壓
1.4.3 光電轉換效率
1.4.4 串聯電阻
1.4.5 非理想的二極管特性
1.5 太陽能電池的應用
本章參考文獻

第二章 太陽能電池基礎
2.1 光子與太陽能光譜
2.1.1 黑體輻射
2.1.2 太陽能光譜及大氣質量
2.2 太陽能電池器件原理
2.2.1 半導體材料的基本屬性
2.2.2 載流子的産生、復閤與輸運
2.2.3 半導體結
2.3 太陽能電池的效率上限
2.3.1 細緻平衡原理
2.3.2 太陽能電池的最高效率
本章參考文獻

第三章 晶體矽太陽能電池
3.1 矽製造工藝
3.1.1 矽材料
3.1.2 太陽能級矽材料
3.1.3 單晶矽的製造
3.1.4 多晶矽的製造
3.1.5 國內太陽能級矽現狀
3.2 晶體矽太陽能電池原理及基本結構
3.2.1 晶體矽太陽能電池的原理
3.2.2 晶體矽太陽能電池的基本結構
3.3 晶體矽太陽能電池電特性及限製因素
3.3.1 晶體矽太陽能電池的電特性
3.3.2 晶體矽太陽能電池效率限製因素
3.4 工業生産中的晶體矽太陽能電池結構與製備流程
3.4.1 工業晶體矽太陽能電池結構
3.4.2 工業化基本製作流程
3.5 工藝詳解及改進
3.5.1 絲網印刷
3.5.2 薄晶圓工藝
3.5.3 錶麵鈍化工藝
3.5.4 選擇性發射極技術
3.5.5 快速加熱技術
3.6 製造多晶矽太陽能電池的一些特殊方法
3.6.1 多晶矽太陽能電池的除雜
3.6.2 氫鈍化工藝
3.6.3 光捕獲工藝
3.7 高效晶體矽太陽能電池技術和結構
3.7.1 帶狀矽技術
3.7.2 高效低阻矽太陽能電池
3.7.3 鈍化發射極和背麵結構電池
3.7.4 發射極鈍化及背部局部擴散結構電池
3.7.5 刻槽埋柵技術
3.7.6 傾斜蒸鍍金屬接觸式太陽能電池
3.7.7 金屬穿孔捲繞技術
3.7.8 插指狀背電極結構電池
3.7.9 熱載流子太陽能電池
3.7.10 背高效錶麵反射太陽能電池
3.7.11 異質結結構電池
3.8 晶體矽太陽能電池展望
本章參考文獻

第四章 高效的Ⅲ-Ⅴ族單結及多結太陽能電池
4.1 Ⅲ-Ⅴ族半導體材料
4.1.1 Ⅲ-Ⅴ族半導體材料的命名
4.1.2 Ⅲ-Ⅴ族半導體材料的性質
4.2 Ⅲ-Ⅴ族半導體太陽能電池的應用
4.2.1 空間應用
4.2.2 陸地能源應用
4.3 Ⅲ-Ⅴ族單結及多結太陽能電池基礎
4.3.1 直接帶隙與間接帶隙
4.3.2 單結及多結太陽能電池效率的原理限製
4.3.3 光譜分離
4.3.4 器件結構
4.4 GaInP／GaAs／Ge多結電池發展及存在問題
4.4.1 GaInP太陽能電池
4.4.2 GaAs太陽能電池
4.4.3 Ge太陽能電池
4.4.4 隧道結
4.5 高效多結太陽能電池的發展
4.5.1 高效多結太陽能電池存在的問題
4.5.2 高效多結太陽能電池的發展
本章參考文獻

第五章 非晶矽基薄膜太陽能電池
5.1 非晶矽基太陽能電池介紹
5.2 非晶矽材料的特性
5.2.1 非晶矽材料的研究和發展現狀
5.2.2 原子結構
5.2.3 非晶矽材料的電子態
5.2.4 非晶矽的摻雜和電學特性
5.2.5 非晶矽閤金的帶寬調整
5.2.6 非晶矽基薄膜材料的光學性質
5.3 非晶矽薄膜的製備技術和非晶矽電池的産業化
5.3.1 常見的a-si薄膜製備技術
5.3.2 非晶矽薄膜生長過程中的反應動力學
5.3.3 等離子增強化學氣相沉積
5.3.4 熱絲化學氣相沉積
5.3.5 微晶矽沉積技術
5.3.6 矽基薄膜材料的優化
5.3.7 非晶矽太陽能電池生産流程及産業化
5.4 非晶矽太陽能電池常見結構及其工作原理
5.4.1 單結非晶矽薄膜太陽能電池的結構及工作原理
5.4.2 多結非晶矽薄膜太陽能電池的結構及工作原理
5.5 非晶矽太陽能電池的發展過程和未來展望
5.5.1 非晶矽太陽能電池的發展過程
5.5.2 未來展望與挑戰
本章參考文獻

第六章 Cu（InGa）Se2太陽能電池
6.1 材料特性
6.1.1 材料結構及組分
6.1.2 光學性質
6.1.3 電學性質
6.1.4 錶麵、晶界及襯底
6.2 器件性質
6.2.1 光電流的産生
6.2.2 復閤
6.2.3 Cu（InGa）Se2／CdS界麵特性
6.2.4 漸變帶寬器件
6.3 Cu（InGa）Se2太陽能電池器件的製造
6.3.1 材料的沉積技術
6.3.2 結與器件的形成
6.4 Cu（InGa）Se2太陽能電池的發展
6.4.1 CIGS太陽能電池的發展過程
6.4.2 發展中的挑戰
6.4.3 發展前景預測
本章參考文獻

第七章 CdTe太陽能電池
7.1 引言
7.2 材料屬性
7.3 CdTe太陽能電池的結構及工藝實現
7.3.1 襯底
7.3.2 前電極
7.3.3 窗口層
7.3.4 吸收層
7.3.5 背接觸
7.4 CdS／CdTe結特性
7.5 CdTe太陽能電池器件特性
7.6 CdTe太陽能電池的發展前景
本章參考文獻

第八章 染料敏化太陽能電池
8.1 引言
8.2 DSSC器件結構
8.2.1 導電基底材料
8.2.2 納米多孔半導體薄膜
8.2.3 染料光敏化劑
8.2.4 電解質
8.2.5 對電極
8.3 DSSC器件的工作原理
8.4 器件的製造工藝
8.4.1 二氧化鈦納米晶薄膜電極的製備
8.4.2 染料在TiO2納米薄膜中的填充
8.4.3 電解液的製備
8.4.4 對電極的製備
8.5 DSSC器件的進展
8.5.1 工作電極
8.5.2 電解質
8.5.3 染料敏化劑
8.5.4 對電極
8.6 展望
本章參考文獻

第九章 有機太陽能電池
9.1 有機半導體的特點
9.2 有機半導體光伏器件材料
9.2.1 電子給體材料
9.2.2 電子受體材料
9.2.3 緩衝層界麵材料
9.2.4 代替ITO的一些新型材料
9.3 有機太陽能電池的基本結構
9.3.1 單層有機太陽能電池
9.3.2 雙層異質結有機太陽能電池
9.3.3 體異質結有機太陽能電池
9.3.4 有機太陽能電池的常規結構及反轉結構
9.4 有機太陽能電池的工作原理
9.4.1 光子的吸收
9.4.2 激子的産生
9.4.3 激子擴散
9.4.4 激子的分離
9.4.5 電荷傳輸
9.4.6 電極的收集
9.5 有機太陽能電池的宏觀電學特性
9.5.1 開路電壓
9.5.2 短路電流和填充因子
9.6 有機疊層太陽能電池
9.6.1 有機疊層電池機理
9.6.2 有機疊層電池結構介紹
9.6.3 疊層結構中的中間連接層工程
9.7 有機太陽能電池衰退機理
9.7.1 器件的化學衰退
9.7.2 物理及機械衰退機理
9.7.3 器件的封裝
9.8 有機太陽能電池的製造工藝
9.9 有機太陽能電池的發展
本章參考文獻

第十章 高效半導體光伏器件概述
10.1 太陽能電池的效率
10.2 太陽能電池效率的極限
10.2.1 太陽能電池效率的熱力學極限
10.2.2 太陽能電池效率的細緻平衡原理極限
10.3 含有多帶隙吸光結構的電池
10.3.1 疊層太陽能電池
10.3.2 中間帶隙及多帶隙太陽能電池
10.4 熱載流子太陽能電池
10.5 碰撞電離太陽能電池
10.6 總結
本章參考文獻

前言/序言

新興微納電子技術叢書：半導體光伏器件 深度解析與前沿探索 《半導體光伏器件》作為“新興微納電子技術叢書”的重要一環，並非僅僅羅列已知技術與原理，而是緻力於為讀者提供一個全麵、深入且具備前瞻性的視角，理解當前半導體光伏器件的現狀、挑戰與未來發展脈絡。本書旨在成為半導體光伏領域研究人員、工程師、高校學生以及對新能源技術抱有濃厚興趣的讀者，不可或缺的參考與學習資源。 本書內容編排嚴謹，從基礎理論的夯實齣發，逐步過渡到器件結構與製備工藝的精細化講解，再深入探討性能優化與關鍵挑戰，最終觸及下一代光伏技術的無限可能。我們力求在每一個環節都做到內容翔實、邏輯清晰，避免流於錶麵。 第一部分：半導體光伏器件的物理基石 在深入探討器件之前，紮實的理論基礎是理解一切的前提。本部分將係統梳理半導體光伏器件工作的核心物理原理。我們不會停留在教科書式的概念介紹，而是會深入剖析光電轉換的微觀機製。 晶體結構與能帶理論：詳細闡述不同半導體材料（如矽、III-V族化閤物、窄帶隙半導體、有機半導體等）的晶體結構特點，及其對能帶結構的影響。我們將重點解讀價帶、導帶、禁帶寬度、電子-空穴對的産生與復閤等關鍵概念，並結閤第一性原理計算的思想，說明如何從原子尺度理解材料的電學和光學性質。 光吸收與載流子産生：深入分析光子與半導體材料的相互作用。我們將詳細介紹光生載流子的産生效率、吸收光譜、錶麵和體復閤機製，並討論如何通過材料改性、摻雜調控、等離子體增強等手段來提升光吸收效率。 載流子輸運與分離：闡述光生載流子在器件內部的輸運過程，包括擴散、漂移。重點講解PN結、肖特基結、異質結等核心結型結構如何實現載流子的有效分離，以及內建電場在其中扮演的關鍵角色。此外，還會深入討論錶麵缺陷、晶界、雜質等對載流子輸運和復閤的影響。 光伏效應的基本方程：從電流-電壓（J-V）特性麯綫入手，詳細推導並分析開路電壓（Voc）、短路電流密度（Jsc）、填充因子（FF）和能量轉換效率（η）等關鍵性能參數的物理意義和影響因素。我們將探討理想情況下的性能極限，並分析實際器件中各種損耗機製。 第二部分：主流半導體光伏器件的結構與工藝 理解瞭基本原理，接下來我們將聚焦於當下主流及具有重要應用價值的半導體光伏器件，對其結構設計、材料選擇和製備工藝進行詳盡的剖析。 晶體矽光伏器件：作為目前市場的主導力量，本書將深度還原晶體矽光伏器件的發展曆程和核心技術。 單晶矽與多晶矽：對比分析兩種材料在結晶質量、載流子壽命、光電性能和成本上的差異。 P型與N型矽襯底：深入講解摻雜方式及其對載流子類型和電學特性的影響。 PN結的形成與調控：詳細介紹擴散、離子注入等工藝過程，以及如何通過柵極氧化、鈍化層等手段來優化PN結特性。 鈍化技術：重點講解錶麵鈍化的重要性，包括Al2O3、SiNx、SiO2等鈍化層的製備及其在抑製錶麵復閤方麵的作用。 金屬接觸與互連：分析柵綫設計、金屬化工藝（如絲網印刷、PVD），及其對導電性能和光利用率的影響。 PERC、TOPCon、HJT等先進結構：逐一剖析這些疊層或背接觸技術的原理、結構特點、製備難點以及相較於傳統結構的性能提升機製。例如，PERC中的鈍化接觸，TOPCon中的隧穿氧化層和多晶矽層，HJT中的非晶矽層和透明導電氧化物（TCO）層。 薄膜光伏器件：針對資源節約、柔性化、低成本等優勢，本書將詳細介紹各類薄膜光伏技術。 非晶矽（a-Si:H）：分析其結構缺陷如何影響性能，以及光緻衰退（Staebler-Wronski Effect）等問題。 碲化鎘（CdTe）：詳細介紹其低成本、高效率的優勢，以及CdTe/CdS異質結的形成機理和後處理（如CdCl2處理）的重要性。 銅銦鎵硒（CIGS）：深入探討其組分調控、吸收層製備（如共蒸發、濺射）、緩衝層（如ZnS、CdS）的作用，以及硒化處理對器件性能的影響。 有機光伏器件（OPV）：介紹給體-受體材料的設計、本體異質結（BHJ）的形成、形貌控製、界麵工程在提升器件性能中的作用。 鈣鈦礦光伏器件：作為當前研究熱點，我們將深入分析鈣鈦礦材料的結晶動力學、缺陷鈍化、相穩定性，以及界麵工程、空穴/電子傳輸層的選擇和優化，並討論鉛的毒性問題和無鉛鈣鈦礦的研究進展。 第三部分：性能優化、挑戰與先進技術 在掌握瞭主流器件的原理與工藝後，本書將進一步探討如何突破性能瓶頸，應對技術挑戰，以及展望未來的發展方嚮。 光管理技術： 抗反射塗層（ARC）：講解單層、多層ARC的原理，以及納米結構（如納米壓印、自組裝）在實現寬帶、大角度減反射方麵的應用。 錶麵紋理化：分析金字塔結構、隨機紋理等如何通過光綫散射和陷光效應來提升光吸收。 等離子體共振增強：探討金屬納米顆粒如何通過局域錶麵等離子體共振（LSPR）來增強特定波長下的光吸收。 載流子復閤的抑製與管理： 缺陷態的錶徵與控製：深入介紹DLTS（深層瞬態譜）、PL（光緻發光）、EL（電緻發光）等錶徵技術，以及如何通過退火、化學處理、鈍化層等手段來降低缺陷密度。 錶麵和界麵工程：討論ALD（原子層沉積）等技術在製備超薄、緻密鈍化層和界麵層中的應用。 器件可靠性與耐久性： 光緻衰退、熱緻衰退、濕熱老化、光照老化等失效機製的分析。 封裝技術：介紹EVA、PVB、玻璃-玻璃封裝等技術，以及水汽阻隔、紫外綫防護的重要性。 PID（電勢誘導衰減）：分析其發生機理，以及抗PID材料和結構設計。 疊層光伏器件（Tandem Solar Cells）： 串聯與並聯結構：詳細介紹不同疊層方式的原理和優勢。 寬禁帶與窄禁帶材料的組閤：以鈣鈦礦/矽疊層、III-V族疊層為例，分析其光譜匹配、電流匹配的優化策略，以及隧道結的重要性。 其他前沿與新興技術： 量子點光伏器件（QDSC）：探討量子尺寸效應、多激子産生（MEG）等特性，以及量子點材料的製備與穩定性。 染料敏化光伏器件（DSSC）：分析染料分子、氧化還原介質、TiO2納米結構的作用。 微生物光伏電池（MPVC）：介紹生物電化學在光伏領域的應用潛力。 智能光伏與集成技術：包括自清潔、自供能傳感器、光伏建築一體化（BIPV）等。 《半導體光伏器件》將以嚴謹的科學態度、詳實的案例分析、清晰的邏輯脈絡，為讀者呈現一場關於半導體光伏領域的深度探索之旅。我們力求將復雜的物理原理、精密的工藝流程、尖端的研發進展，以最易於理解和吸收的方式呈現給您，助力您在這個充滿活力和無限可能的新興領域取得突破。

評分☆☆☆☆☆

這本書為我打開瞭認識微納電子技術新世界的大門，尤其是其中關於半導體光伏器件的部分，簡直是為我量身打造的學習指南。作者的講解風格非常獨特，他善於將復雜的科學概念拆解成易於理解的組成部分，並且運用瞭大量實際的案例來佐證其理論。我特彆喜歡書中關於“光生伏特效應”的講解，從最基本的能帶理論到量子力學的應用，作者層層剝繭，循序漸進，讓我在不知不覺中就掌握瞭光伏器件工作的核心原理。書中還提到瞭許多前沿的光伏技術，例如量子點太陽能電池和有機太陽能電池，這些新興技術的發展前景讓我的眼前一亮，也讓我對太陽能的應用前景有瞭更廣闊的想象。整體而言，這本書的知識密度很高，但作者的敘述方式卻非常人性化，即使是初學者也能在閱讀中找到樂趣，並且獲得實實在在的收獲。

評分☆☆☆☆☆

這本關於半導體光伏器件的書籍，無疑是為那些渴望深入瞭解能源轉型核心技術的讀者量身定製的。書中對光伏技術的發展曆程進行瞭細緻的迴顧，從早期簡單的原理驗證，到如今高性能、低成本的工業化生産，每一步的演進都充滿瞭創新與挑戰。作者不僅僅羅列瞭技術參數，更重要的是，他深入探討瞭驅動這些進步背後的科學原理和工程難題。例如，在討論載流子輸運機製時，書中引用瞭大量的實驗數據和理論模型，讓讀者能夠直觀地理解電子和空穴如何在半導體材料中“跳躍”和“流動”，最終實現電能的産生。此外，書中對各種光伏器件的失效機理和可靠性分析也進行瞭深入的闡述，這對於任何希望設計、製造或應用光伏産品的人來說都至關重要。閱讀過程中，我感受到瞭一種知識的厚重感，仿佛每一次翻頁都能觸碰到半導體光伏領域最前沿的脈搏，讓我對這個充滿活力的學科充滿瞭敬意。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書，讓我對半導體光伏器件的理解提升到瞭一個新的高度。作者在書中對不同光伏技術路綫的分析，提供瞭非常具有價值的參考。我尤其關注瞭書中關於“效率極限”的討論，從肖剋萊-奎瑟極限到多結太陽能電池的突破，作者清晰地闡述瞭理論上的瓶頸以及工程上的創新是如何不斷推動效率邊界的。書中對材料科學與器件物理的交叉融閤也進行瞭深入的探討，這讓我意識到，要想實現高性能的光伏器件，必須在材料的製備、摻雜、界麵工程等多個環節進行精細的控製。書中還對光伏器件的製造工藝進行瞭詳細的介紹，從晶圓的生長到器件的封裝，每一步都至關重要。對於我這樣一個對光伏産業發展趨勢感興趣的讀者來說，這本書提供瞭寶貴的洞察，讓我能夠更全麵地認識這個産業的復雜性和技術深度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格既專業又充滿啓發性，讓我對半導體光伏器件産生瞭濃厚的興趣。作者在書中對光伏器件的性能評估指標，如轉換效率、填充因子、開路電壓和短路電流等，進行瞭非常細緻的解釋，並提供瞭相應的計算方法。這對於想要進行器件設計或性能分析的讀者來說，無疑是極大的幫助。書中對不同器件結構的優劣勢的比較，也讓我對如何選擇最適閤特定應用的半導體光伏器件有瞭更清晰的認識。例如，在討論晶矽太陽能電池時，作者詳細介紹瞭單晶矽和多晶矽的差異，以及它們在成本和效率上的權衡。此外，書中對未來光伏技術的發展方嚮，如柔性光伏、透明光伏以及集成化光伏的展望，也讓我感受到瞭這個領域的無限可能。這本書不僅是知識的寶庫，更是一次思想的啓迪。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我留下瞭深刻的印象，雖然我不是半導體領域的專業人士，但書中清晰的邏輯和詳實的案例講解，讓我對這個看似高深的技術領域有瞭全新的認識。從物理原理的闡述，到材料選擇的考量，再到器件結構的優化，作者都進行瞭層層遞進的剖析，讓人能一步步跟隨其思路，理解光伏轉換的奧秘。我尤其欣賞書中對不同類型半導體材料的比較分析，比如晶矽、薄膜以及新興的鈣鈦礦，每一類材料的優缺點、適用場景以及未來發展趨勢都描繪得十分到位。對於非專業讀者而言，書中避免瞭過於晦澀的術語，而是通過形象的比喻和生動的圖示來輔助理解，這使得閱讀過程變得輕鬆愉快。在閱讀過程中，我腦海中不斷浮現齣太陽能電池闆在屋頂上閃耀的畫麵，想象著那些微小的半導體器件是如何將光能轉化為電能的，這是一種非常奇妙的體驗。書中關於效率提升和成本降低的探討，也讓我看到瞭這個行業巨大的潛力和發展空間，讓我對清潔能源的未來充滿瞭期待。